Modelado Numerico De La Propagación De Fisuras Por Fatiga En Sólidos Microfisurados

MODELADO NUMERICO DE LA PROPAGACIÓN DE FISURAS POR FATIGA EN SÓLIDOS MICROFISURADOS
J. E. Ortiz, A. P. Cisilino, y J. L. Otegui
División Soldadura y Fractura - Intema Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Mar Del Plata – CONICET Av. Juan B. Justo 4302 (7600) Mar Del Plata, Argentina e-mail: jortiz@fi.mdp.edu.ar

Se presenta un estudio numérico y fractomecánico del mecanismo depropagación de fisuras por fatiga en materiales micro – fisurados. La propagación de fisuras es modelada a través de un análisis incremental basado en el método de elementos de contorno (BEM). Esta metodología es efectiva para modelar fisuras múltiples, su interacción con microfisuras y nódulos en el material, y el efecto de las microfisuras sobre la propagación de la fisura principal. Los resultadosconcuerdan con las observaciones experimentales y validan algunos mecanismos de fractura propuestos en la literatura. A numerical fracture mechanics study of the mechanism of fatigue crack growth in micro cracked materials is presented. The propagation of cracks is modeled through an incremental analysis based on the boundary elements method (BEM). This methodology is effective to model multiplecracks, their interaction with micro cracks and nodules in the material, and the effect of the micro cracks on the propagation of the main crack. The results agree with experimental observations and validate some fracture mechanisms proposed in the literature. I. INTRODUCCIÓN El proceso de aumento de tenacidad por microfisurado es frecuente en materiales metálicos, cerámicos y rocas. El mismo es derelevancia para cualquier teoría concerniente a la fractura en microescala. La cuantificación del efecto de apantallamiento de la zona microfisurada sobre el comportamiento de una fisura principal ha sido estudiado por diversos investigadores 1-6 . El problema ha sido atacado utilizando dos estrategias principales: la solución de los campos elásticos considerando una descripción detallada de laposición, tamaño y orientación de cada microfisura 5,6 , y la sustitución de la zona de daño por un medio elástico equivalente1-4 . Ambas metodologías poseen sus limitaciones. En el primer caso la limitación está dada por el número de fisuras que pueden ser incluidas en el análisis, el que queda acotado por los recursos computacionales. En el segundo caso la dificultad está dada en conocer larelación entre las propiedades elásticas del material microfisurado y la densidad y distribución de las microfisuras. En las fundiciones nodulares austemperizadas (ADI) se observa que la propagación de una fisura por fatiga involucra la iniciación y propagación de numerosas microfisuras iniciadas en los nódulos de grafito5 . La interfaz grafito-matriz en estos materiales es sumamente irregular, conmúltiples vértices agudos, esto es, numerosos concentradores de tensiones que en algunos casos constituyen inminentes microfisuras que emanan de los nódulos. Al mismo tiempo, resultados experimentales demuestran que la tasa de avance de fisuras por fatiga y el umbral efectivo de propagación para el ADI son menores que los de un acero homogéneo de resistencia comparable. En el presente trabajo sepresenta un estudio numérico y fractomecánico del mecanismo de propagación de fisuras por fatiga en materiales microfisurados aplicado al ADI. El mismo consiste de dos partes principales. La primera se analiza mediante un modelado numérico de Elementos de Contorno (BEM) el mecanismo de propagación y el campo de tensiones en la matriz del material. En la segunda parte se estudia el efecto de lasmicrofisuras sobre la tasa de propagación. Se señala que los modelos están en dos dimensiones, aunque el problema original podría llegar a involucrar aspectos en tres dimensiones II. FORMULACION NUMERICA El modelado numérico del crecimiento de fisuras por fatiga requiere de la capacidad de predecir la dirección y el tamaño de la extensión de fisura por cada ciclo de carga, así como actualizar el modelo...